盾构近距离下穿2.2m市政供水管施工技术

盾构近距离下穿2.2m市政供水管施工技术

汪本灿

东莞市轨道交通有限公司

关键词：盾构；下穿；供水管

前言：

随着经济的发展及城市化进程的加快，目前全国有30多个城市在进行地铁规划及建设，越来越多的城市都在进行着地铁隧道施工。而地铁线路规划一般都在繁华的城市中心，相应的建构筑物十分密集，因此地铁隧道施工极易对周边建构筑物造成影响，结构沉降控制是隧道施工最主要控制难点。盾构作为隧道最主要的施工工艺之一，在穿越大直径城市主供水管的沉降控制尤为重要。

一、工程概况

蛤地站~牵引变电所区间盾构隧道从大里程向小里程方向掘进，分别在ZDK20+743~ZDK20+872处及右线YDK20+826~YDK20+938处，两次下穿Φ2200市政供水砼管，根据地质勘查地质，供水管顶埋深约4~4.3m，水管底距离隧道顶部约6.4~7.6m，管身处于<6-6>硬塑状砂质粘性土地层中，水管与隧道位置关系如下图1~图3所示：

图1ZDK20+743处隧道与水管位置关系图

图2ZDK20+872处隧道与水管位置关系图

二、风险分析及评价

（一）管线调查

穿越水管前，须准确了解供水管的基础资料，与管线权属单位沟通，第一时间掌握供水管的材质、埋深、走向等信息。经过核实发现，该区间穿越的水管材质为混凝土承插管，对地层的沉降反应尤为敏感，进一步加大盾构施工的难度，风险大大增加。

（二）风险识别

结合本工程的地理位置、工程地质、水文等特点，按照《危险性较大的分部分项工程安全管理办法》、《城市轨道交通地下工程建设风险管理规范》识别出盾构下穿直径2.2m供水管时存在的主要风险因素有：地面沉降超限、水管开裂渗漏水、自来水倒灌成型隧道等。

（三）风险因素分析

盾构区间左、右线均下穿直径2.2m供水管，水管底距隧道顶净距约6~7m，且盾构通过地层主要以富水砂卵石为主，其自稳性一般。当盾构掘进时扰动周围土体，容易造成地层出现疏松、孔洞等现象，从而地表沉降、开裂，造成管线渗漏水及结构受损，如果控制不当，很可能造成水管破裂，而且由于破裂后漏水将造成地层塌陷，酿成灾害。

三、盾构掘进过程控制

（一）开仓换刀

综合考虑本段盾构穿越供水管段区间隧道埋深、地质情况以及与管线的空间关系，制定盾构穿越水管段施工的指导思想为：“安全、连续、快速均衡通过管线”，并确立“压力合理、快速掘进、注浆充分、严密监测、快速反馈、预案恰当”的施工原则。在盾构选型时就考虑到了过供水管的安全风险及该地层的适应性，最终确定采用土压平衡盾构机。穿越水管段位于东莞大道下方，不适宜对水管位置进行提前注浆加固处理，经研究讨论后决定，必须在穿越前开仓进行刀具检查，制定开仓计划，避免在穿越过程中途停机，下表2为开仓计划表

表1穿越水管前开仓计划统计表

（二）渣土改良

左右线盾构为保证顺利通过水管，分别在下穿φ2200mm供水管前10环时采用以膨润土为主，泡沫为辅的改良方法。

膨润土泥浆配合比为水：膨润土=100kg：52kg，膨润土为优质的钠基膨润土，膨化时间不小于4h，泡沫选用发泡率较高、止水性较好的泡沫，保证渣土的改良效果，增加渣土的流塑性和自稳性，减小刀盘扭矩，保证刀盘周边土体的自稳性。

（三）出土量控制

盾构下穿水管段掘进严格控制出土量，加强出土量管理措施，严禁多出土，出土量控制必须以碴土体积控制为主，重量复核为辅，保证控制地层损失率达到最小。环宽1.5m的每环出土量控制在55m3为佳，上下偏差最大不超过2m3。以55m3为标准，每车出土量（15m3）须与相应的推进距离（0.41m）及时对比复核。

盾构施工中，对掘进所排出的碴土样本进行分析，判断地质情况，根据地质情况，进行核实调整出土量的控制标准。

在盾构掘进过供水管过程中，每天及时检查对应的地面是否存在异常；当出土量超标时，须加大检查频率，专人监控。严格保证土仓内满土状态及碴土和易性是土量管理的重要方面。

（四）壁后注浆

根据不同的目的，盾构下穿水管段应严格做好管片壁后注浆，注浆分为同步注浆和二次注浆。

1、同步注浆

当管片在盾尾处安装完成后盾构机向前推进，管片与土层之间形成14cm的建筑间隙时，及时采用浆液材料填充此环形间隙，有效防止管片脱离盾尾后因应力释放而造成隧道地面沉降，提高结构的稳定性。

2、同步注浆材料

盾尾空隙是盾构施工中引起地层变形的主要因素，地基下沉的大小受同步注浆材料材质及注浆时间、位置、压力、数量的影响。盾构施工中严格执行“掘进与注浆同步、不注浆不掘进”的原则，加强设备管理，确保同步注浆不间断进行，保证注浆量足。

盾构下穿水管段掘进，同步注浆材料适当增加水泥用量，减少凝结时间，初凝时间控制在6h左右，固结体强度：一天不小于0.2MPa，28天不小于2.5MPa。过水管段注浆量应适当增大，采用注浆压力和注浆量双控，每环注浆量可调至7方左右。

表2同步注浆浆液配合比

3、二次补充注浆

为减少沉降量，满足注浆的需要，对左右线过供水管段通过管片注浆孔进行加密注浆，对每环管片的拼装孔进行注浆填充，注浆加固半径约1~2m，选用水泥-水玻璃双液浆，配合比为1：1，在管片脱出盾尾2～4环后进行，注浆压力为0.2～0.4Mpa。

（五）盾构掘进参数设置

结合隧道埋深情况（约14m），初步将土仓压力设定为0.8bar，通过调整推进速度和螺旋输送器的转速，使土仓压力与开挖面水土压力相应以保证工作面的稳定。并在掘进中根据信息化施工反馈信息进行及时调整。

盾构隧道施工过程中全程对水管进行监控量测，并及时对监测数据进行分析，分析引起沉降的主要原因，并根据分析结果及时信息反馈到施工，及时调整施工参数，如土仓压力、注浆量、注浆压力、掘进速度等。

表4盾构下穿供水管掘进参数表

四、成果

左线盾构掘进至420环时，按照开仓计划停机进行刀具检查，开仓持续2天，累计更换1把双刃滚刀，3把单刃滚刀。48环的下穿距离用时8天，平均6环/天，下穿过程中加大了监测频率，水管累计最大沉降量为-2mm，地面最大沉降量为-1.5mm。右线盾构掘进至331环时，由于刀盘扭矩过大，掘进速度慢原因，项目部提前安排开仓进行刀具检查，开仓持续4天，共更换2把中心刀及4把单刃滚刀，盾构机恢复掘进后，右线通过供水管段累计用时9天，平均5环/天，根据监测日报显示，水管累计最大沉降量-4.9mm，地面最大沉降量-3.8mm。至2013年8月14日安全顺利的穿越大直径市政供水管。